リチウムイオン電池に使用される材料の完全調査化学分析

白書

はじめに

リチウムイオン電池(LIB)では、エネルギーの貯蔵と放出は、電解質と呼ばれる適切な媒体を介したカソードとアノードの間のリチウムイオンの移動によって提供されます。 LIBシステムでは、アノード(正に帯電した)電極がリチウム源として機能し、アノード(負に帯電した)電極がリチウムイオンのホストとして機能します。 現在製造されているLIBは、特定の性能要件、寿命のニーズ、そしてもちろん安全性に合わせて調整および最適化された、さまざまな適切な材料および電気化学システムから開発および選択されたさまざまな化学物質に基づいています(スキーム1)。

LIBが大規模なエネルギー貯蔵技術をサポートするための途方もない可能性を秘めていることは疑いの余地がありません。 ただし、製造コストは、特に輸送市場向けのエネルギー源の多様化へのLIBの広範な実装に対する重大な障壁です。 これまでのコスト削減のほとんどは、エネルギー密度の増加によって達成されてきました。 製造工程の最適化により、さらなるコスト削減が期待できます。 製造の不確実性は、主に処理パラメータの変動から生じます1、だけでなく、前駆体と配合された中間製品の品質から。 熱力学の結果として避けられない、望ましくないまたは意図しない不純物および組成の化学量論外によってもたらされる欠陥は、不確実性の重要な原因です。 すべての動的システムと同様に、構造欠陥とセル性能の間の相互作用は強く結びついています。 化学量論に関連しない結晶欠陥は、たとえばカソードの層状構造を不安定にし、サイクル寿命を短くする可能性がありますが、不純物欠陥は、経年劣化を加速するか、バッテリーの故障に直接つながる複数の化学的、物理的、電気化学的プロセスに関与することが知られています:2

  • 金属不純物によって引き起こされる内部電気経路によるセル短絡
  • 磁性不純物によって生成された内部マイクロバッテリーからの自己放電
  • 不純物触媒による水素生成と液体電解質分解からのガス放出によって引き起こされるセル爆発

スキーム1は、LIBの製造に現在使用されている材料の完全な組成を評価するのに役立つ化学分析の手法と方法のいくつかを示しています。 コンポーネントごとに、サンプルの特性、仕様要件、および分析上の課題について個別に説明します。 したがって、技術の選択と、サンプリングサイズ、元素カバレッジ、精度、精度、検出限界などの対応する分析特性について説明します。


スキーム1:LIB製造で使用される前駆体および/または中間生成物の完全な組成の高感度元素分析および評価に適した化学分析技術および方法。

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